氣象預(yù)報史話：從占卜到科學(xué)

郭起豪

有人曾調(diào)侃說，世界上最不靠譜的就是天氣預(yù)報。頭一天的預(yù)報說“明天有雨”。結(jié)果，第二天你帶著傘出門，卻發(fā)現(xiàn)艷陽高照。

實際上，天氣不僅受到各種氣團(tuán)的影響，而且受到當(dāng)?shù)氐匦巍⑺驙顩r等眾多因素的影響，任何隨機(jī)的因素變化都可能引起意想不到的天氣變化，因此，天氣預(yù)報是一個歷史性難題。

那么，從古到今人們都是怎樣解決這一歷史性難題的呢？

甲骨文卜辭里的最早天氣預(yù)報

商代后期（公元前13～前11世紀(jì)），人們用占卜預(yù)測氣象、天象、疾病、生育和戰(zhàn)爭等。那時，帝王常用甲骨占卜吉兇，占卜中有大量關(guān)于風(fēng)、雨、水等方面的卜辭。有人曾對出土的317片甲骨文進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)有107片與氣象有關(guān)。其中，卜雨的 93片，卜晴的4片，卜暴雨的5片，卜雪、卜雹的各1片。這是已知的世界上最早的天氣預(yù)報。

商周時期，人們就已經(jīng)總結(jié)出許多預(yù)測天氣變化的經(jīng)驗。如：《春秋》記載稱，在冬天，當(dāng)天空中出現(xiàn)滿天一色的陰云即“天上同云”時，則未來要“雨雪雰雰”；在夏天看到烏云，“有渰萋萋”時，則將大雨瓢潑，即“興雨祁祁”了。

人們最早了解到的自然規(guī)律是日夜交替和季節(jié)變化。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，我國在2000多年前就已總結(jié)出二十四節(jié)氣。為了更詳細(xì)地表示每個節(jié)氣內(nèi)的氣候變化，又形成了七十二候。對于一年的冷暖變化，又總結(jié)出了“三九”和“三伏”。

希臘哲學(xué)家亞里士多德（公元前382～前322）或許是世界上最早的氣象理論家之一。在著名的《天象論》中，他寫道：世界萬物由火、空氣、水和土四大元素組成。這四種元素可以互相轉(zhuǎn)化，引起這種轉(zhuǎn)化的媒介物是太陽……空氣經(jīng)受溫度的變化就變?yōu)樵啤⒂辍⒀⑺⒙丁?/p>

氣象諺語里的農(nóng)事智慧

“朝霞不出門，晚霞行千里”，是一句在我國廣為流傳的諺語。而在美國，類似的諺語則是：“傍晚天空紅，水手樂無窮。”在世界各國，人們在長期的生產(chǎn)生活中，通過觀察日、月、云、風(fēng)、霧等自然現(xiàn)象的變化規(guī)律，形成了大量天氣諺語。在現(xiàn)代氣象學(xué)誕生之前，這些諺語無疑對天氣預(yù)報起著很大作用。

現(xiàn)代科學(xué)證明，這些天氣諺語大多具有豐富的科學(xué)內(nèi)涵。比如，“天上鉤鉤云，地上雨淋淋”，鉤鉤云在大氣科學(xué)中叫鉤卷云，在強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)，常形成大范圍的卷云。因此，鉤卷云一旦出現(xiàn)，就預(yù)示著產(chǎn)生降水的天氣即將來臨。

中央氣象臺起步之初，很多預(yù)報都依靠當(dāng)?shù)靥鞖庵V語、動物在天氣變化前的反應(yīng)等方法。隨著科技的進(jìn)步，預(yù)報員開始通過衛(wèi)星、自動觀測站等獲取天氣資料，運(yùn)用計算機(jī)預(yù)報未來天氣，就很少使用氣象諺語預(yù)測天氣了。

戰(zhàn)爭開啟現(xiàn)代天氣預(yù)報

世界上第一張?zhí)鞖鈭D誕生于1820年。不過，現(xiàn)代意義上的天氣預(yù)報則起源于1854年的一場戰(zhàn)爭中的強(qiáng)烈風(fēng)暴。

1854年11月，英法聯(lián)合艦隊在黑海上和俄軍決戰(zhàn)。尚未開戰(zhàn)，英法聯(lián)合艦隊就遭到一場強(qiáng)風(fēng)暴的襲擊，30多艘艦船瞬間沉沒。事后，巴黎天文臺臺長勒弗里埃受命調(diào)查。

勒弗里埃隨后發(fā)信給各國天文、氣象學(xué)家，收集了1854年11月12～16日的氣象資料。他依次把同一時間的各地氣象情況填寫在一張圖上，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這次風(fēng)暴是自西向東南移動的。當(dāng)它經(jīng)過歐洲，在到達(dá)聯(lián)軍艦隊所在地的前一兩天，西班牙和法國西部已受其影響。如果當(dāng)時歐洲沿大西洋一帶設(shè)有氣象站，將風(fēng)暴情報及時通過電報告知英法艦隊，就可能避免風(fēng)暴的襲擊了。

1855年3月，勒弗里埃正式向法國科學(xué)院提出建議，由政府組織氣象觀測網(wǎng)并繪制天氣圖。1856年，法國組建了第一個現(xiàn)代天氣服務(wù)系統(tǒng)，用電報傳送各地當(dāng)日的氣象觀測結(jié)果，開始了天氣預(yù)報的業(yè)務(wù)工作，這是世界的首創(chuàng)。

現(xiàn)代天氣預(yù)報中，天氣圖的繪制非常重要。天氣圖上標(biāo)示有氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水等氣象要素，人們利用這些要素并結(jié)合長期積累的經(jīng)驗，推算未來的天氣，這種方法直到今天仍不失為一種有效的預(yù)報手段，但它的準(zhǔn)確率及便捷程度卻不高。

物理學(xué)發(fā)展催生大氣探測

從世界范圍內(nèi)看，大氣探測是在物理學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

伽利略在1600年左右制作了玻璃管溫度計，這是今天使用的水銀溫度表的雛形。1643年，他的學(xué)生托里拆利制成了氣壓表。人們觀測氣壓表后發(fā)現(xiàn)，天氣的晴雨與氣壓變化有一定關(guān)系，當(dāng)氣壓表中的汞柱下降時，往往預(yù)示著壞天氣的到來，反之，天氣則將轉(zhuǎn)晴，因而氣壓表又被叫作“晴雨表”。

溫度表和氣壓表的發(fā)明，使定量測量大氣的基本性質(zhì)成為可能。此后，風(fēng)速表、毛發(fā)濕度表相繼問世，人類發(fā)明的用于天氣預(yù)報的工具越來越多。

19世紀(jì)中期，電報及正規(guī)氣象臺站網(wǎng)的出現(xiàn)，使大量氣象資料得以積累，加快了天氣預(yù)報理論的發(fā)展。20世紀(jì)初，以皮葉克尼斯父子為代表的挪威學(xué)派，提出鋒面理論和氣旋波理論，使預(yù)報3天之內(nèi)的短期天氣在理論上成為可能。這些理論成為現(xiàn)代天氣預(yù)報理論的基礎(chǔ)之一，不僅豐富了天氣圖的內(nèi)容，而且使連續(xù)的天氣圖變成了反映氣團(tuán)、氣旋等天氣系統(tǒng)變化、移動的“連續(xù)劇”，只要跟蹤觀測和分析這些多變的天氣系統(tǒng)，就可以進(jìn)行天氣預(yù)報了。因此，氣旋發(fā)展模式堪稱天氣預(yù)報發(fā)展史上的一個里程碑。

氣象衛(wèi)星開創(chuàng)大氣觀測新時代

1927年，法國人布羅和伊德拉克發(fā)明了無線電探空儀，利用氣球探空的方法進(jìn)行高空氣象觀測。這一方法沿用至今，氣球的上升高度現(xiàn)在一般可達(dá)30公里以上。

1933年，德國人謝爾哈格開始繪制高空天氣圖。1939年，瑞典氣象學(xué)家羅斯貝提出大氣長波理論，延長了天氣預(yù)報的時效，開創(chuàng)了三維空間的天氣分析，使制作3天至5天的中期預(yù)報成為可能。

自20世紀(jì)60年代大氣遙感技術(shù)興起之后，特別是氣象衛(wèi)星的升空，開創(chuàng)了從宇宙空間觀測全球大氣的新時代。目前，密布的各種氣象站可提供每10分鐘一次的觀測數(shù)據(jù)，明顯提升了災(zāi)害天氣的監(jiān)測能力。

數(shù)值天氣預(yù)報應(yīng)運(yùn)而生

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值天氣預(yù)報應(yīng)運(yùn)而生。

1950年，美國人錢尼、紐曼和挪威人弗約托夫脫3人首次用電子計算機(jī)制作以大氣動力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值天氣預(yù)報取得成功。

目前，數(shù)值天氣預(yù)報已經(jīng)成為氣象預(yù)報業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，對預(yù)報精度、時效與內(nèi)容的改進(jìn)起著關(guān)鍵作用。1982年2月，我國第一個數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)短期數(shù)值天氣預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)，正式投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，結(jié)束了中國只收用國外數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的歷史。

模式是數(shù)值天氣預(yù)報的靈魂。所謂模式就是做預(yù)報時使用的一套計算公式，而要找到合適的模式是非常不容易的。利用高性能計算機(jī)進(jìn)行的數(shù)值預(yù)報是現(xiàn)代天氣預(yù)報的核心，我國正在系統(tǒng)開發(fā)自己的數(shù)值預(yù)報模式，但這個模式還不成熟，與世界先進(jìn)水平差距還很大，需要我們付出更多的努力。（編輯/余風(fēng)）